مکانیک کوانتومی و برداشت‌های فلسفی

در نیمه اول قرن بیستم، مکانیک کوانتومی توسط بزرگانی مثل پلانک، اینشتین، بور، هایزنبرگ، شرودینگر و ... تبدیل به یکی از قدرتمندترین شاخه‌های فیزیک جدید شد و تقریبا تمام مفاهیم فیزیکی را مورد بازنگری قرار داد. همزمان با شکل گیری این شاخه قدرتمند، به تدریج فیزیکدانان و فلاسفه متوجه شدند که مکانیک کوانتومی، در حال تغییر و به چالش کشیدن بسیاری از ایده‌های قدیمی فلسفی نیز می‌باشد. یکی از این تغییرات مهم، بازنگری دیدگاه واقع گرایانه به فیزیک بود. این دیدگاه مدافع وجود واقعیت فیزیکی است. یعنی اگر بر فرض مثال ما در آزمایشات فیزیکی، با مفهوم آزمایشگاهی ذره یا موج برخورد می‌کنیم، آن‌گاه می‌توانیم چنین فرض کنیم که این مفاهیم دارای عینیت فیزیکی در جهان نیز هستند. اما مکانیک کوانتومی با معرفی موجودی به نام تابع موج، چنین دیدگاهی را به چالش کشید. تابع موج، موجودی ریاضیاتی است که توان دوم آن به معنای احتمال حضور ذره-موج در فضا-زمان می‌باشد. اما اینکه خود تابع موج چگونه موجودی می‌‍باشد، چندان واضح نیست. پرسش از ماهیت تابع موج، موضوعیت ندارد و فقط طرز عملکرد آن است که مهم می‌باشد. اما یکی از بزرگ ترین فیزیکدانان تاریخ بشر، یعنی آلبرت اینشتین، از این نگرش جدید چندان راضی نبود. اینشتین همواره سعی داشت که ایرادی اساسی در ساختار مکانیک کوانتومی پیدا کند. یکی از ایرادهایی که او خیلی بر روی آن تاکید داشت و با همکاری پودولسکی و روزن آن را در مقاله‌ای منتشر ساخت، به پارادوکس EPR معروف است.فرض کنید 2 الکترون داریم که آن‌ها را با هم تداخل می‌دهیم. به اصطلاح فنی بین آن‌ها در هم تنیدگی کوانتومی ایجاد می‌کنیم. طبق مکانیک کوانتوم، این در هم تنیدگی باعث می‌شود که برای این 2 الکترون یک تابع موج کلی نوشته شود، یعنی از دید کوانتومی نمی‌توان این 2 الکترون را نام گذاری کرد. یعنی نمی‌توان یکی را a نام نهاد و دیگری را b. چون اگر این کار را هم بکنیم، بعد از این‌که در هم تنیدگی انجام شد دیگر مشخص نیست کدام a بوده و کدام b. خب تا این‌جا که ایرادی وجود ندارد. حال فرض کنید از قبل نمی‌دانیم اسپین هر الکترون چه مقدار است. یعنی مثلا اگر یکی اسپین بالا دارد و دیگری پایین، ما خبر نداریم و فقط تابع موج کلی را بر حسب اصل طرد پائولی برای این 2 می‌نویسیم. از آن‌جا که اینشتین مبدع آزمایش های ذهنی بود، برای این موضوع یک آزمایش ذهنی طراحی کرد که به درک فیزیک کوانتوم خیلی کمک کرد و در واقع آن را چند مرتبه جلو برد.فرض کنید من یک الکترون را بردارم و با خود به آزمایشگاهم ببرم که در آن‌جا امکان تعیین اسپین الکترون با آشکارساز ممکن است. و شما هم الکترون دیگر را با خود به آزمایشگاهی ببرید که بتوانید اسپین آن را اندازه بگیرید. اگر بر فرض بتوان فاصله این 2 آزمایشگاه را به اندازه فاصله 2 ستاره انتخاب کرد، طوری که نور برای طی مسافت بین آن‌ها نیاز به 100 سال زمان داشته باشد، آن‌گاه اتفاق جالبی می‌افتد. فرضا من با آزمایش پی ببرم که اسپین الکترونی که با خود آورده‌ام بالا (Up) است، آن‌گاه سریع نتیجه می‌گیرم اسپین الکترونی که دست شماست و 100 سال نوری با من فاصله دارد، طبق اصل طرد حتما پایین (Down) است. اما چه تناقضی در میان است؟بحث بر سر این است که تا قبل از این‌که من یا شما اسپین الکترون ها را اندازه بگیریم، تابع موج در یک حالت احتمالی 50/50 به سر می‌برده است، درست مثل گربه شرودینگر . حال اگر یکی از ما اسپین را اندازه بگیرد، با قطعیت نتیجه می‌گیرد که اسپین الکترون دیگر در چه وضعیتی است. یعنی در اصطلاح تابع موج از آن حالت احتمالی، به حالت مشخص اسپین بالا/ پایین رمبش پیدا می‌کند. تناقض زمانی بوجود می‌آید که بخواهیم این اتفاق را بصورت کوانتومی توصیف کنیم:طبق معادله موجی که برای این سیستم نوشته می‌شود، هر کدام از الکترون‌ها همزمان اطلاعات اسپین بالا و پایین را به یک اندازه حمل می‌کنند. یعنی هر 2 همزمان هم بالا هستند هم پایین تا هنگامی که مشاهده گری یکی از اسپین‌ها را اندازه بگیرد. آن‌گاه اگر یکی بالا باشد، بلافاصله اسپین الکترون دیگر پایین می‌شود و بالعکس. یعنی محدودیتی روی سرعت انتقال این بالا و پایین بودن اسپین بین 2 الکترون وجود ندارد. انگار این 2 الکترون به صورت شبح گونه با هم در آن واحد در ارتباط هستند. اینشتین گمان می‌برد این اتفاق با اصل ثابت بودن سرعت نور در تناقض است. در نسبیت خاص بیان می‌شود که سرعت نور، حد تمام سرعت‌های موجود در جهان است و البته اطلاعات نیز با این سرعت منتقل می‌شوند. این اصل یکی از بنیادی ترین و آزمایش شده‌ترین اصول طبیعت است. اما این پدیده که EPR نام دارد چطور با اصل نسبیت در تناقض نیست؟ خیلی ساده. بین 2 الکترون اطلاعاتی رد و بدل نمی‌شود. اطلاعات اسپینی جزء اطلاعاتی نیست که بتوان ایجاد کرد و فرستاد، بلکه خود طبیعت آن را تعیین می‌کند، به همین خاطر نیازی به صرف انرژی ندارد. اما فرض وجود ذهنی آگاه را پیش می‌کشد که تعیین کننده نتیجه فرآیندهای کوانتومی است. این ذهن آگاه، خود جزئی از توصیف پدیده های فیزیکی می‌شود. قرار نیست که با فیزیک کوانتومی، آگاهی را توضیح دهیم. اما اینکه بدون فرضی قبلی راجع به وجود ذهن در فیزیک، از دل معادلات الزام وجود چنین مفهومی بیرون آمده، جای بحث و شگفتی دارد. از این رو، فلاسفه اعتقاد دارند که محتوای فیزیکی جهان، با آن‌چه درک آگاهانه نامیده می‌شود، ارتباطی بنیادی دارند. طوری که در واقع جهان احتمالاتی فیزیک کوانتوم، برخاسته از نوع کسب معرفت ما از جهان و آن‌چه در آن است می‌باشد و تلاش برای بنا نهادن فیزیکی کوانتومی جدا از مفهوم ذهنی آگاه، از قبل شکست خورده است.